該理論有望最終解開宇宙學(xué)中最大的謎題之一。

宇宙的圖像，例如詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的深空快照，讓太空看起來充斥著各種天體。從宏觀角度看確實如此，但所有的恒星、星系、行星和其他天體，可能并不像照片顯示的那樣分布均勻。

事實上，宇宙空間中很可能散布著相對空曠的氣泡狀區(qū)域（空洞），而一些天文學(xué)家認(rèn)為，我們正身處其中一個氣泡之內(nèi)。越來越多的證據(jù)表明，我們整個銀河系都位于一個巨大的宇宙空洞之中。最近，研究人員發(fā)現(xiàn)早期宇宙的聲波 —— 本質(zhì)上是宇宙大爆炸的聲音 —— 支持了這一觀點。這項由樸茨茅斯大學(xué)宇宙學(xué)家因德拉尼爾·巴尼克（Indranil Banik）領(lǐng)導(dǎo)的研究，為“哈勃張力”（Hubble tension） —— 宇宙中最大的謎題之一 —— 提出了一個可能的解決方案。

巴尼克和他的同事們于今年五月在《皇家天文學(xué)會月刊》上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。過去五年，他一直在研究哈勃張力問題。這個令人費解的宇宙學(xué)難題源于對“哈勃常數(shù)”（Hubble constant） —— 代表當(dāng)今宇宙膨脹速率的值 —— 計算出的兩個不同數(shù)值。

“哈勃張力是一種不匹配：一方面是基于標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型，將嬰兒期宇宙的觀測結(jié)果外推至今天，我們預(yù)期宇宙應(yīng)有的膨脹速率；另一方面是我們觀測附近宇宙時實際看到的膨脹速率，”巴尼克告訴我們。“這實際上是理論與觀測之間的不匹配。”

簡而言之，在局部、較近的宇宙中，星系和恒星似乎比哈勃常數(shù)預(yù)測的膨脹速度更快。這違背了描述宇宙如何生長和演化的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型，同時也對宇宙的年齡提出了疑問，因為天文學(xué)家需要哈勃常數(shù)來推算自大爆炸以來已經(jīng)過去了多少時間。

巴尼克認(rèn)為“局部空洞理論”（local void theory）可以提供一個解決方案。他在皇家天文學(xué)會的一份聲明中解釋道，如果我們的銀河系位于一個相對空曠的空間氣泡（空洞）內(nèi)部，引力會將附近的物質(zhì)拉向空洞外部密度更高的區(qū)域。巴尼克說，隨著空洞逐漸變空，遠(yuǎn)離我們的天體運(yùn)動速度會比空洞不存在時更大，從而造成了局部膨脹速率更快的表象。

為了使這一理論成立，我們的太陽系需要位于一個直徑約20億光年的空洞中心附近，該空洞的密度比宇宙平均密度低約20%（需要明確的是，空洞并非完全真空 —— 它只是指該宇宙區(qū)域內(nèi)星系和物質(zhì)的數(shù)量低于平均水平）。這個理論上的低密度區(qū)域被稱為“KBC空洞”（KBC void）。

多項研究支持其存在，其中包括巴尼克參與撰寫的幾篇論文。盡管如此，局部空洞理論仍然存在爭議，因為這個空洞與標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型不符。該模型認(rèn)為，構(gòu)成當(dāng)今宇宙的物質(zhì)在如此大的尺度上應(yīng)該分布得更加均勻。巴尼克告訴我們：“對于標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型來說，KBC空洞太大也太深了，我們隨機(jī)發(fā)現(xiàn)自己身處這樣一個空洞的概率大約是十億分之一。”“因此我們需要調(diào)整模型，使得超過約一億光年尺度的結(jié)構(gòu)增長得比模型預(yù)測的更快。”

他最近的研究著眼于重子聲學(xué)振蕩（Baryon Acoustic Oscillations, BAOs）。這是散布在宇宙中的星系團(tuán)密度分布上的一種“漣漪”模式。巴尼克將其比作大爆炸留下的聲波。BAOs提供了一種獨立的方法來測量宇宙的膨脹速率，以及該速率在整個宇宙歷史中變化的速度。巴尼克認(rèn)為，這些“聲波”充當(dāng)了一種標(biāo)準(zhǔn)尺，天文學(xué)家可以利用這把尺子的角大小來描繪宇宙膨脹的歷史。

他和同事們考慮了近20年來所有可用的BAO測量數(shù)據(jù)。他們的工作表明，包含局部空洞的模型的可能性，比不含局部空洞的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型高出約一億倍。

這是強(qiáng)有力的證據(jù)，表明我們確實生活在一個宇宙空洞之中，但這還不是確鑿的證據(jù)。巴尼克還在利用超新星數(shù)據(jù)研究局部空洞理論的一個主要缺陷。他解釋說：“任何針對哈勃張力的局部或晚期解決方案都意味著，在更遙遠(yuǎn)的宇宙中，并不存在哈勃張力。”“而超新星數(shù)據(jù)似乎表明哈勃張力實際上一直持續(xù)到更高紅移的區(qū)域。”

如果他能夠找到證據(jù)證明哈勃張力在局部宇宙之外消失，那將是局部空洞理論的一個重大突破。不過就目前而言，這個宇宙難題仍將懸而未決。

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